Spinel group minerals in carbonaceous and ordinary chondrites

Abstract

Meteorites are easily altered in the oxygen-rich environment on the Earth surface. Fossil meteorites are
thus uncommon and in the ones, which are found, almost all minerals are secondary. However, the spinel group
mineral chromite is resistant to alteration and has successfully been used as a proxy for ordinary chondrites in sediment.
The frequency and composition range of spinel group minerals in carbonaceous chondrites are not known
well enough to be used as proxies for carbonaceous chondrites. Two carbonaceous chondrites NWA 4428 (CM2)
and Allende (CV3) have been systematically investigated in order to determine the frequencies of the spinel group
minerals in each chondrite, where in the chondrites the spinel group minerals are located and size and composition
of the minerals. The long term aim of this project is to establish a method for detecting spinel group minerals from
carbonaceous chondrites in sediment, thus being able to constrain the flux of carbonaceous chondrites further. For
references and to compare with previous studies two ordinary chondrites, Jilin (H5) and Mbale (L5/6) were studied
in the same way.
Spinel is the most common spinel group mineral in the two carbonaceous chondrites investigated here, whereas
chromite is the most common spinel group mineral in the two ordinary chondrites. Spinel is not present in the ordinary
chondrites. Chromite is present in the carbonaceous chondrites but is considerably smaller than chromite in the
ordinary chondrites (~25 μm compared to ~270 μm). Carbonaceous chondritic chromite also has a larger variety in
composition than ordinary chondritic chromite, which is due to the higher amount of thermal metamorphism on the
ordinary chondrite parent bodies than the carbonaceous chondrite parent bodies. Spinel in NWA 4428 is essentially
pure MgAl2O4 whereas spinel in Allende varies from pure MgAl2O4 to FeO contents as high as 24.0 wt%. Magnetite
is present in Allende and in Mbale; in Allende, both as spherule and as poorly defined grains with a secondary
nature. In Mbale, magnetite only occurs as grains with a secondary nature. In Jilin (H5) Cr-spinel occurs in one
aggregate.
To detect extraterrestrial spinel group minerals in sediment, these have to differ from their terrestrial equivalents.
To distinguish the CM2 and CV3 spinel analysed here from terrestrial spinel on compositional bases is probably not
possible. The carbonaceous chondritic chromite displays a larger variety of compositions than chromite in ordinary
chondrites and is therefore probably less suitable as a proxy than chromite in ordinary chondrites. Magnetite spherules
in Allende (CV3) appear to have a composition distinct from terrestrial magnetite. Magnetite might however
be unsuitable as a proxy due to oxidation on the Earth surface. Further studies are needed in order to get a clear
picture of the compositions of spinel group minerals in carbonaceous chondrites.

Abstract (Swedish)

Meteoriter omvandlas lätt i den syrerika miljö som råder på Jorden. Fossila meteoriter är därför
ovanliga och de fossila meteoriter som hittats består nästan uteslutande av sekundära mineral. Det finns dock ett
spinellgruppmineral, kromit, som är resistent mot omvandling och som med framgång använts som indikator för
ordinära kondriter i sediment. Spinellgruppmineral i kolkondriter är inte tillräckligt väldokumenterade när det gäller
hur stor andel av meteoriter de utgör och vilka sammansättningar de har, för att kunna användas som indikatorer.
Två kolkondriter, NWA 4428 (CM2) och Allende (CV3) har undersökts systematiskt för att avgöra frekvensen av
spinellgruppmineral i respektive kondrit, var i kondriterna spinellgruppmineralen finns samt storlek och sammansättning
på mineralen. Det långsiktiga målet med det här projektet är att upprätta en metod för att hitta spinellgruppmineral
från kolkondriter i sediment och använda dem för att detektera förändringar i inflödet av kolkondriter till
jorden. Som referens och för att kunna göra jämförelser med tidigare kvantitativa studier studerades två ordinära
kondriter (Jilin H5 och Mbale L5/6) på samma vis som kolkondriterna.
Spinell är det vanligaste spinellgruppmineralet i de två kolkondriter som studerades medan kromit är det vanligaste
spinellgruppmineralet i de ordinära kondriter som studerades. Spinell återfanns inte i de ordinära kondriterna. Kromit
finns i kolkondriterna, men har betydligt mindre diameter än kromiten i de ordinära kondriterna (25 μm jämfört
med ~270 μm). Kromit i kolkondriterna har även en mer varierad sammansättning än kromit i ordinära kondriter,
vilket beror på att de ordinära kondriterna är mer termalt omvandlade än kolkondriterna. Spinell i NWA 4428 är i
princip ren MgAl2O4 medan spinell i Allende varierar från nästan helt ren MgAl2O4 till FeO koncentrationer på
24,0 vikt%. Magnetit finns i Allende och i Mbale. I Allende förekommer magnetit både som sfäruler och som dåligt
definierade korn som ser ut att vara sekundära. I Mbale återfinns magnetit enbart som korn som ser ut att vara sekundära.
Cr-spinell hittades i ett aggregat i Jilin (H5).
För att ett mineral ska kunna användas som indikator för kolkondriter i sediment måste det gå att skilja från dess
terrestriska motsvarigheter. Den spinell i kolkondriter som analyserats här har en sammansättning som också påträffas
på jorden. Dessa spineller är således förmodligen olämpliga som indikatorer för kolkondriter. Kromit i kolkondriter
har en varierande sammansättning och är därför troligtvis svårare att skilja från terrestrisk kromit än kromit i
ordinära kondriter. Magnetit i spheruler i Allende (CV3) har en sammansättning som inte ser ut att förekomma på
jorden. Magnetit oxideras dock på jordytan och det är möjligt att magnetit därför inte går att använda. Ytterligare
studier behövs för att få fram en tydlig bild av sammansättningen på spinellgruppmineral i kolkondriter och för att
med säkerhet avgöra om dessa går att använda för att göra antaganden om förändringar i inflödet av kolkondriter
till jorden eller ej.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: Inflödet av kosmiskt material till jorden har inte varit konstant sedan jorden bildandes, men det är svårt att studera hur inflödet förändrats eftersom meteoriter lätt omvandlas och förstörs på jordytan. En metod för att studera förändringar i inflödet av kosmiskt material till jorden är att titta på förändringar i halten kromit i sediment. Kromit är ett mineral som tillhör spinellgruppmineralen och som finns i meteoriter. Kromit i den vanligaste typen av meteoriter, ordinära kondriter, kan skiljas från kromit som kristalliserat på jorden eftersom kromit i ordinära kondriter har en annan sammansättning än kromit från jorden. Förändringar i andelen ordinär kondritisk kromit i sediment kan användas för att göra antaganden om förändringar i andelen ordinära kondriter som nått jordytan. Förutom ordinära kondriter finns det en mängd andra typer av meteoriter. En av dessa är kolkondriter. Kromit och andra spinellgruppmineral i kolkondriter har inte studerats i samma utsträckning som spineller i ordinära kondriter. Om det finns spineller i kolkondriter som har en annan sammansättning än motsvarande spineller på jorden och i ordinära kondriter så skulle dessa kunna användas för att identifiera förändringar i inflödet av kolkondriter till jorden.

I den här studien har spineller i två ordinära kondriter och i två kolkondriter systematiskt undersökts. Fyra olika typer av spinellgruppmineral hittades; kromit (FeCr2O4), spinell (MgAl2O4), magnetit (Fe2+Fe23+O4) samt Cr-spinell (FeCr2O4 som innehåller mer aluminium än kromit). I ordinära kondriter är kromit det vanligaste spinellgruppmineralet medan spinell är det vanligaste spinellgruppmineralet i kolkondriter. Spinell fanns inte i de ordinära kondriter som studerats här. Spinell i kolkondriter har en sammansättning som också finns hos terrestriska spineller, vilket antagligen gör att spinell inte kan användas för att identifiera kolkondriter i sediment. Kromit i de kolkondriter som studerades hade en mer varierande sammansättning än kromit i ordinära kondriter. Det är därför troligtvis svårare att skilja kromit i kolkondriter från terrestrisk kromit än det är att skilja kromit i ordinära kondriter från terrestrisk kromit, vilket gör att inte heller kromit är lämpligt att använda för att identifiera kolkondriter på jorden. Den magnetit som analyserades i en av kolkondriterna har en sammansättning som inte påträffas hos magnetit som kristalliserat på jorden. Magnetit omvandlas dock på jordytan och går därför antagligen inte att använda för att identifiera kolkondriter i sediment. Det är trots detta inte omöjligt att spinellgruppmineral skulle kunna användas för att avgör förändringar i inflödet av kolkondriter till jorden, men vidare studier behövs för att avgöra om så är fallet.

• author: Riebe, My
• supervisor: Carl Alwmark
• organization: Department of Geology
• alternative title: Spinellgruppmineral i kolkondriter och ordinära kondriter
• year: 2009
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: spinel group minerals, carbonaceous chondrites, ordinary chondrites, spinellgruppmineral, kolkondriter, ordinära kondriter
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 250
• language: English
• id: 2301994
• date added to LUP: 2012-01-25 13:07:49
• date last changed: 2012-01-25 13:40:04